新時(shí)代下水電企業(yè)如何助力 “雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)

陳志剛 陳乙嘉

摘要：“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)與愿景是我國(guó)為扭轉(zhuǎn)全球氣候變化嚴(yán)峻形勢(shì)、改變我國(guó)單一能源結(jié)構(gòu)、保障國(guó)家能源安全所提出的戰(zhàn)略決策。水電企業(yè)作為傳統(tǒng)的清潔能源大戶，應(yīng)大力發(fā)展節(jié)能技術(shù)、清潔能源技術(shù)、可再生能源技術(shù)，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建多能互補(bǔ)體系[1]，建設(shè)一系列源網(wǎng)荷儲(chǔ)、風(fēng)光水儲(chǔ)工程，充分發(fā)揮常規(guī)水電站的調(diào)節(jié)性能，增強(qiáng)區(qū)域電網(wǎng)的新能源消納能力。本文將從水電企業(yè)在實(shí)現(xiàn)“雙碳”愿景中的意義、基于水電的多能互補(bǔ)的積極探索和水電企業(yè)助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的有效措施等三個(gè)方面進(jìn)行研究探討，為水電企業(yè)助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)提供參考。

關(guān)鍵詞：碳達(dá)峰;碳中和;水電企業(yè);多能互補(bǔ)

2020年9月22日，習(xí)近平總書記在聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上代表中國(guó)做出了碳達(dá)峰、碳中和的莊重承諾，中國(guó)切實(shí)履行氣候變化、生物多樣性等環(huán)境相關(guān)條約義務(wù)，秉持人類命運(yùn)共同體理念，承擔(dān)與中國(guó)發(fā)展水平相稱的國(guó)際責(zé)任[2]。

第一章 水電企業(yè)在實(shí)現(xiàn)“雙碳”愿景中的意義

1.1各清潔能源的發(fā)展前景

現(xiàn)階段我國(guó)發(fā)展的清潔能源主要包括核電、光伏、風(fēng)電和抽蓄等，其中核電有著單機(jī)容量大、運(yùn)行成本低等優(yōu)勢(shì)，在進(jìn)一步改善運(yùn)行工況、探索安全運(yùn)行下核電參與電網(wǎng)二次調(diào)頻的同時(shí)，核電有部分取代火電的發(fā)展趨勢(shì);光伏則由于取之不盡、可利用量巨大的特點(diǎn)成為人類解決常規(guī)能源匱乏、枯竭的最有效途徑;風(fēng)電因功率輸出的不穩(wěn)定，目前還不具備成為獨(dú)立能源的條件;抽蓄作為目前技術(shù)最為成熟的靈活性電源，加快抽蓄發(fā)展是可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)和構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的迫切需求。

1.2水電是高比重可再生能源電網(wǎng)的關(guān)鍵

在“碳達(dá)峰、碳中和”的背景下，大規(guī)模新能源并網(wǎng)迫切需要大量調(diào)節(jié)電源提供優(yōu)質(zhì)的輔助服務(wù)。已有多項(xiàng)研究表明，水電所具有的調(diào)頻容量大、調(diào)頻能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是保證含高比重可再生能源電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵?，F(xiàn)階段，我國(guó)電力系統(tǒng)的主力調(diào)頻電廠逐漸由上世紀(jì)單一的火力發(fā)電廠加入了由一定調(diào)節(jié)能力的水力發(fā)電廠，并配合新建的抽水蓄能等儲(chǔ)能設(shè)施以增強(qiáng)電網(wǎng)的調(diào)頻能力和新能源消納能力。

第二章 積極探索基于水電的多能互補(bǔ)

2.1基于水電的多能互補(bǔ)的意義

再電氣化是實(shí)現(xiàn)“雙碳”愿景的有效途徑，即建設(shè)“清潔替代”、“電能替代”的高效能源體系。由于高比例新能源、電力電子裝備廣泛接入，降低了電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等，對(duì)電力系統(tǒng)的安全控制、生產(chǎn)模式等都產(chǎn)生了根本性的影響。在工程應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)重點(diǎn)攻關(guān)高效率低成本的新能源發(fā)電、虛擬電廠、源網(wǎng)荷儲(chǔ)和多能互補(bǔ)協(xié)調(diào)運(yùn)營(yíng)、綜合能源系統(tǒng)等技術(shù)

基于水電的多能互補(bǔ)是指利用現(xiàn)有水電機(jī)組，統(tǒng)籌風(fēng)、光、抽蓄等各類新能源規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)，并合理配置儲(chǔ)能，增加本地電源支撐，調(diào)動(dòng)負(fù)荷響應(yīng)能力，以強(qiáng)化電源側(cè)的靈活調(diào)節(jié)作用、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，降低對(duì)大電網(wǎng)的調(diào)節(jié)支撐需求并確保電源基地持續(xù)送電的可靠性?；谒姷亩嗄芑パa(bǔ)，在合理配置儲(chǔ)能的基礎(chǔ)上可以充分發(fā)揮常規(guī)水電站的調(diào)節(jié)性能，通過增強(qiáng)新能源消納，有利于加快能源轉(zhuǎn)型，促進(jìn)能源領(lǐng)域與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。

2.2基于水電的多能互補(bǔ)建設(shè)

充分依托梯級(jí)水電站出色的調(diào)峰、調(diào)頻作用，圍繞風(fēng)光水一體化、風(fēng)光水蓄儲(chǔ)一體化和區(qū)域多能互補(bǔ)等方面開展以水電為中心的多能互補(bǔ)建設(shè)工作，打捆各水電流域周邊的光伏及風(fēng)電，統(tǒng)籌匯集送端新能源電力，優(yōu)化配套儲(chǔ)能規(guī)模，在努力實(shí)現(xiàn)新能源就地互補(bǔ)、減輕電力系統(tǒng)調(diào)峰壓力的基礎(chǔ)上，依托現(xiàn)有110kV、220kV線路在一定區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)新能源互補(bǔ)。

其中綜合技術(shù)、成本和效益等各方面考量，現(xiàn)階段對(duì)于水電企業(yè)來(lái)說(shuō)光水蓄儲(chǔ)一體化較為容易實(shí)現(xiàn)，即利用水電站有效的調(diào)節(jié)能力平滑光伏發(fā)電出力的隨機(jī)性特征，配套抽蓄或者儲(chǔ)能，使光伏能夠安全并網(wǎng)消納，減少棄光。

2.2.1基于水電的多能互補(bǔ)（光伏）

光伏方面可以利用各水電企業(yè)的大壩壩頂、廠房屋頂和建筑屋頂配置配置分布式光伏系統(tǒng)或利用閑置土地建設(shè)大型并網(wǎng)光伏電站。綜合考慮采用不蓄電并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)或蓄電并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，其中蓄電并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)有獨(dú)立工作和并網(wǎng)工作兩種模式，當(dāng)電網(wǎng)斷電時(shí)，仍可在短時(shí)間內(nèi)向重要負(fù)載輸送電力。該系統(tǒng)具有更大的靈活性，適應(yīng)性較強(qiáng)，但是其造價(jià)和運(yùn)行成本較高[3]。

并網(wǎng)方面，逆變器采用最大功率跟蹤（MPPT）技術(shù)最大限度將直流電（DC）轉(zhuǎn)變成交流電（AC），輸出符合電網(wǎng)要求的交流電能，經(jīng)過交流升壓、配電設(shè)備與電網(wǎng)連接[4]。根據(jù)光伏項(xiàng)目方案和當(dāng)?shù)孛摿蛎弘妰r(jià)，考慮采用380V低壓并網(wǎng)、就地消納或10kV甚至110kV全額上網(wǎng)。

2.2.1基于水電的多能互補(bǔ)（儲(chǔ)能）

儲(chǔ)能對(duì)于新能源消納具有重要意義，新能源+儲(chǔ)能已成為發(fā)展趨勢(shì)，可著重考慮抽水蓄能和電化學(xué)儲(chǔ)能相結(jié)合。至2020年底，電化學(xué)儲(chǔ)能的裝機(jī)規(guī)模達(dá)3.28GW，占已投運(yùn)儲(chǔ)能裝機(jī)的9.2%。各水電企業(yè)應(yīng)開展水光儲(chǔ)聯(lián)調(diào)的相關(guān)研究，研究“光伏+電化學(xué)”儲(chǔ)能對(duì)常規(guī)水電機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)頻的積極影響，利用電化學(xué)儲(chǔ)能出眾的能量轉(zhuǎn)化效率及電力電子逆變技術(shù)響應(yīng)的瞬時(shí)性，改善光伏發(fā)電出力的隨機(jī)性對(duì)常規(guī)水電機(jī)組造成的調(diào)頻負(fù)擔(dān)，避免因光伏、風(fēng)電就地并網(wǎng)造成常規(guī)水電機(jī)組響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)頻需求增加、轉(zhuǎn)動(dòng)部分振擺度增大、導(dǎo)槳葉頻繁開關(guān)，影響機(jī)組的使用壽命。

在抽水蓄能方面，由于低流量、高水頭是抽水蓄能電站的基本要求，各水電企業(yè)可以勘察常規(guī)水電沿江流域的地理?xiàng)l件，以各常規(guī)水電站流域庫(kù)區(qū)作為抽水蓄能電站下庫(kù)，尋找合適地點(diǎn)（水頭達(dá)600m至700m左右）作為抽水蓄能電站的上庫(kù)，建設(shè)300MW*4裝機(jī)的大型抽水蓄能電站或150MW*2裝機(jī)的小型抽水蓄能電站，該方案由于不需要建設(shè)抽水蓄能電站下庫(kù)，不但能大大減小投資成本，還能通過水情預(yù)測(cè)、合理調(diào)度，配合常規(guī)水電以達(dá)到充分節(jié)水增發(fā)的目的。

水電企業(yè)在投資、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)抽水蓄能項(xiàng)目方面有很大的先天優(yōu)勢(shì)，抽水蓄能電站機(jī)組使用的混流式水泵水輪機(jī)與大多數(shù)常規(guī)水電機(jī)組類似，對(duì)現(xiàn)有的常規(guī)水電運(yùn)行、檢修人員稍加培訓(xùn)即可上崗工作。在常規(guī)水電汛期滿發(fā)期間對(duì)抽水蓄能電站機(jī)組進(jìn)行A、B修及各項(xiàng)電氣高壓試驗(yàn)，已達(dá)到現(xiàn)有水電檢修人員的合理利用。

2.2.1基于水電的多能互補(bǔ)（風(fēng)電）

由于風(fēng)電對(duì)水電企業(yè)來(lái)說(shuō)存在一定的技術(shù)壁壘，應(yīng)重點(diǎn)考慮以參股的方式打捆各水電站沿江流域及當(dāng)?shù)刂苓叺娘L(fēng)電，通過配套的儲(chǔ)能建設(shè)，對(duì)庫(kù)區(qū)流域周邊現(xiàn)有的新能源實(shí)現(xiàn)就地互補(bǔ)，推動(dòng)電源端清潔替代，提升區(qū)域清潔能源多能互補(bǔ)水平，減輕送受端系統(tǒng)的調(diào)峰壓力。

第三章 水電企業(yè)助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的有效措施

3.1發(fā)揮人才隊(duì)伍優(yōu)勢(shì)是助力“雙碳”目標(biāo)的重要基石

水電企業(yè)助力“雙碳”實(shí)現(xiàn)應(yīng)充分發(fā)揮水電運(yùn)行、檢修和集控調(diào)度的人才隊(duì)伍優(yōu)勢(shì)。一是要員工深刻認(rèn)識(shí)我國(guó)“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)的重要意義和作用，高度重視、提高站位，積極投身于水電多能互補(bǔ)、源網(wǎng)荷儲(chǔ)等項(xiàng)目的研究與建設(shè)之中;二是要積極引導(dǎo)員工拓展學(xué)習(xí)人工智能、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)，鼓勵(lì)員工開展基于水電的虛擬電廠、多能互補(bǔ)協(xié)調(diào)運(yùn)營(yíng)方面的研究;三是要健全工作項(xiàng)目激勵(lì)機(jī)制，通過對(duì)項(xiàng)目推進(jìn)程度、日常工作態(tài)度和協(xié)調(diào)溝通難度進(jìn)行考核，充分發(fā)揮員工的主觀能動(dòng)性。

3.2鼓勵(lì)先進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新是助力“雙碳”目標(biāo)的首要途徑

通過先進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，構(gòu)建適應(yīng)大規(guī)模新能源并網(wǎng)的電力系統(tǒng)，推進(jìn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)的深度融合，攻關(guān)大容量高安全儲(chǔ)能、高效率新能源發(fā)電材料、寬禁帶電力電子元件，是助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的首要途徑。水電企業(yè)應(yīng)將基于常規(guī)水電的多能互補(bǔ)作為方向，努力開展多能互補(bǔ)集控平臺(tái)、多能互補(bǔ)生產(chǎn)云APP建設(shè)和水光儲(chǔ)數(shù)據(jù)價(jià)值挖掘，利用數(shù)字化技術(shù)，打通風(fēng)光水儲(chǔ)項(xiàng)目中各不同環(huán)節(jié)的信息壁壘，在一定范圍內(nèi)聚合可調(diào)節(jié)資源的海量信息，使整個(gè)基于水電的多能互補(bǔ)系統(tǒng)“可感、可知、可控” 。

3.3推動(dòng)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)是助力“雙碳”目標(biāo)的必經(jīng)之路

在“雙碳”目標(biāo)的背景下，進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)是水電企業(yè)的必經(jīng)之路，也是水電企業(yè)實(shí)現(xiàn)改革發(fā)展的重要機(jī)遇。水電企業(yè)應(yīng)把握新型電力系統(tǒng)發(fā)展的歷史機(jī)遇，參與投資建設(shè)小型抽蓄、光伏和風(fēng)電等多種電源，將單一的水電企業(yè)發(fā)展成為集風(fēng)、水、光、儲(chǔ)和抽蓄為一體的新型電力企業(yè)，提升區(qū)域內(nèi)新能源的消納水平并改善地區(qū)的能源結(jié)構(gòu)，以助力“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

結(jié)語(yǔ)

水電作為我國(guó)能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中的重要一環(huán)，在“雙碳”的大背景下，水電企業(yè)應(yīng)以增強(qiáng)新能源消納能力、保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行為取向，積極探索適合水電的多能互補(bǔ)策略，發(fā)揮人才隊(duì)伍優(yōu)勢(shì)、鼓勵(lì)工程技術(shù)創(chuàng)新。水電企業(yè)應(yīng)不畏艱難、勇往直前，推動(dòng)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的同時(shí)，摸索以水電為主體的區(qū)域新型電力系統(tǒng)建設(shè)，為實(shí)現(xiàn)“雙碳”愿景貢獻(xiàn)屬于水電企業(yè)的強(qiáng)大力量。

參考文獻(xiàn)

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